control mineralÓgico y quÍmico de las propiedades
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CONTROL MINERALÓGICO Y QUÍMICO DE LAS
PROPIEDADES CERÁMICAS DE ARCILLAS
INDUSTRIALES Trabajo Fin de Grado
Autor
Jorge Pardo Maylín
Directoras
Blanca Bauluz Lázaro y María José Mayayo Burillo
Facultad de Ciencias, Grado en Geología
Curso 2019/2020
1
ÍNDICE
ABSTRACT .................................................................................................................................. 2
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS .......................................................................................... 3
1.1 INTRODUCCIÓN .............................................................................................................. 3
1.2 OBJETIVOS ....................................................................................................................... 5
2. METODOLOGÍA ..................................................................................................................... 5
2.1 MATERIALES ................................................................................................................... 5
2.2 TRABAJO DE LABORATORIO ....................................................................................... 6
2.2.1 Molienda y tamizado .................................................................................................... 6
2.2.2 Separación de fracciones .............................................................................................. 6
2.2.3 Preparación de muestras para difracción de Rayos-X .................................................. 7
2.3 ESTUDIO MINERALÓGICO POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X ................................. 8
2.3.1 Estudio cualitativo por DRX ........................................................................................ 8
2.3.2 Estudio semicuantitativo .............................................................................................. 8
2.4 ANÁLISIS QUÍMICOS POR FRX .................................................................................... 9
2.5 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICOS .................................................................................. 9
3. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ................................................. 9
3.1 ANÁLISIS MINERALÓGICO POR DRX ......................................................................... 9
3.1.1 Muestra total ............................................................................................................... 10
3.1.2 Fracción 100-63µ ....................................................................................................... 11
3.1.3 Fracción 63-20µ ......................................................................................................... 11
3.1.4 Fracción 20-2µ ........................................................................................................... 12
3.1.5 Fracción 2-1µ ............................................................................................................. 13
3.1.6 Fracción <1µ .............................................................................................................. 14
3.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICOS ................................................................................ 15
3.3 ANÁLISIS QUÍMICOS .................................................................................................... 16
3.4 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................. 17
4. CONCLUSIONS ..................................................................................................................... 21
5. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................... 21
6. ANEXOS
2
ABSTRACT
This study is based on the mineralogical, chemical and granulometric characterization
of six clay-rich samples from the Escucha Formation in the Oliete-Gargallo area
(Teruel). These samples are used for the manufacturing of white ceramics, specifically
they are used to produce sanitary ware.
The study has to aims: firstly, to evaluate the relation between the mineralogical,
chemical and granulometric properties of the analyzed clays with the viscosity and
fluency of the clay/water mixtures (ceramic slips), since the fluency is one of the
parameters that indicates if they are appropriate for their application in sanitary ware.
On the other hand, the study also aims to suggest implementing corrective measures to
improve the behavior of these clays.
To carry out the proposed objectives, the whole samples were analyzed by X-ray
diffraction (XRD) to determine their mineralogy, X-ray fluorescence (XRF) were used
to analyze their major element contents and granulometric analyses were also
performed. Additionally, several fractions, such as 100-63µ, 63-20µ, 20-2µ, 2-1µ, < 1µ
were also analyzed by XRD.
According to their fluency characteristics, two groups of samples have been
distinguished. The results obtained indicate that samples of group 1 (57, 575 and
EDOFI) have some similarities between samples, that constitute the group 1. These
similarities are absence of siderite, high SiO2 and quartz content and low Al2O3 and clay
mineral content). On the other hand, samples of the group 2 (JR-644, JR-678 and M-12)
have in common that they contain siderite, low SiO2 and quartz content and high Al2O3
and clay mineral content). Therefore, the presence/absence of siderite, the SiO2, Al2O3,
quartz and clay mineral contents influence the fluency of the clay/water mixture.
The corrective measures proposed are to eliminate the siderite content in the 100-63µ
fraction by sieving and increase the quartz content in this fraction. In this way, it will be
possible that the viscosity values of the group 2 samples reach similar values to the
group 1 samples, improving the characteristics of the samples for the manufacturing of
white ceramics (sanitary ware).
3
1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
1.1 INTRODUCCIÓN
La Formación Escucha, definida por Aguilar et al., (1971) es una formación geológica
constituida por depósitos detríticos finos alternados con capas de carbón. Es de edad
Albiense (Cretácico Inferior) y se encuentra en la Rama Aragonesa de la Cordillera
Ibérica (Cuenca Ibérica). Según Salas y Casas (1993), la Fm Escucha es considerada la
última unidad sinrift depositada durante el rifting Jurásico superior-Cretácico inferior
que afectó a la Cuenca Ibérica. Durante este periodo de tiempo se produjo una
sedimentación típica de un medio marino costero, que posteriormente evolucionó a un
ambiente deltaico y de marisma con influencia mareal, lo que dio lugar al depósito de la
Fm Escucha (Querol et al., 1992). Esta formación geológica puede dividirse en tres
miembros (Inferior, Medio y Superior). El Miembro Inferior contiene lutitas, calizas,
areniscas y carbón. El Medio contiene arcillas, limos y carbón (potente), y el Miembro
Superior contiene limos, areniscas y lutitas carbonosas (Querol et al., 1992).
Las arcillas de la Fm Escucha se incluyen dentro de los yacimientos tipo Ball Clays,
explotadas en la cuenca de Oliete-Ariño (Figura 1), en la provincia de Teruel. Este tipo
de arcillas, de origen sedimentario, se caracterizan por ser altamente plásticas y
fácilmente dispersables en agua. Su composición es caolinítico-illítica, y poseen un
color blanco tras la cocción. (Sanfeliu Montolio y Cepriá., 2001). El filosilicato
dominante en este tipo de yacimientos es la caolinita, aunque la illita frecuentemente
también es un componente esencial (Manning, 1995).
El término arcilla se refiere a un material natural compuesto por minerales de grano
fino (con un diámetro inferior a 2µ), principalmente filosilicatos que tienen un
comportamiento plástico, y por lo tanto confieren plasticidad al material. Este material
adquiere consistencia al secarse y resistencia al cocer (Sánchez, 2001).
Las arcillas que se explotan en este lugar son arcillas de cocción blanca, destinada en
general para fabricar cerámica blanca. Entre sus aplicaciones industriales destacan la
fabricación de loza, porcelana sanitaria, gres porcelánico y materiales refractarios
(Sanfeliu Montolio y Cepriá., 2001).
Concretamente, las muestras estudiadas en este trabajo se usan para la manufactura de
cerámica para sanitarios. La cerámica sanitaria, además de ser blanca, es no porosa y
con acabado esmaltado. La materia prima utilizada es arcilla caolinífera con cuarzo y
feldespatos, y su temperatura de cocción va desde 1200ºC a 1600ºC (González Díez.,
2003).
4
Figura 1. Esquema geológico de la cuenca de Oliete-Ariño. Tomado de Soria et al., 1997.
Para la realización de este trabajo, la empresa suministró seis muestras con
comportamientos variables en cuanto a la viscosidad de las barbotinas elaboradas al
mezclar las muestras con agua. Estas barbotinas se utilizan para la fabricación de
cerámicas para sanitarios, cuyo método de fabricación es por moldeo.
Las muestras suministradas tienen los siguientes valores de viscosidad (medida en
grados gallemkamp):
- Muestra 57: 201ºG
- Muestra 575: 277ºG
- Muestra EDOFI: 217ºG
- Muestra JR-644: No lee ningún valor.
- Muestra JR-678: 103ºG.
- Muestra M-12: 99ºG.
En concreto, las muestras 57, 575 y EDOFI presenta una buena viscosidad que facilita
la fabricación de los cuerpos cerámicos. Constituirán el grupo 1. En contraste, las
muestras, JR-644, JR-678 y M-12, que tienen baja viscosidad y no son apropiadas para
la fabricación, constituirán el grupo 2.
5
1.2 OBJETIVOS
En líneas generales se pretende poner de manifiesto las competencias adquiridas
durante el Grado en Geología. Para ello se realiza un trabajo original, con resultados
propios, llevando a cabo actividades de gabinete y laboratorio.
Concretamente, el trabajo tiene dos objetivos:
• Determinar la relación existente entre las propiedades mineralógicas, químicas y
granulométricas de las seis muestras arcillosas suministradas y la viscosidad de
las barbotinas fabricadas con ellas, ya que éste es uno de los parámetros que
indica si son aptas para su uso en la fabricación de cerámicas de sanitarios.
• Plantear medidas correctoras que mejoren el parámetro de la fluidez, por tanto,
el comportamiento cerámico de estas arcillas.
Las actividades desarrolladas para conseguir los objetivos propuestos son las
siguientes:
1. Revisión bibliográfica sobre los materiales objeto de estudio.
2. Determinación por difracción de rayos X (DRX) de la mineralogía de las
muestras totales y de las diferentes fracciones granulométricas.
3. Determinación de la composición química en elementos mayores de las
muestras totales por fluorescencia de rayos X (FRX).
4. Determinación de las distribuciones granulométricas.
5. Tratamiento y comparación de los datos obtenidos.
6. Correlación de los datos obtenidos con las propiedades relativas a su viscosidad
en el proceso cerámico.
7. Establecer medidas correctoras para mejorar el comportamiento cerámico de las
arcillas.
8. Elaboración de conclusiones y de la memoria final.
2. METODOLOGÍA
2.1 MATERIALES
Para llevar a cabo el presente estudio se disponía de seis muestras arcillosas,
proporcionadas por la empresa Euroarce que se dedica a la exploración, explotación y
diseño de productos cerámicos a partir de arcillas industriales. Las muestras objeto de
estudio habían sido tamizadas en húmedo en tamiz de 100µ en los laboratorios de la
empresa. Las muestras (Tabla 1) son arcillas illítico-caoliníferas de la Fm. Escucha
(Cretácico Inferior) de la zona de Ariño (Teruel).
6
Tabla 1.
En la columna de la izquierda las siglas proporcionadas por la empresa. A la derecha, las siglas
abreviadas y utilizadas en este trabajo.
SIGLAS ORIGINALES SIGLAS ABREVIADAS
57 PLANTA LECHERAS 57
575-576 575
ED-OFI PLANTA EDOFI
JR-644 R JR-644
JR-678-679 JR-678
M-12 M-12
Para facilitar el trabajo y la redacción, se abrevian las siglas originales de las
muestras.
2.2 TRABAJO DE LABORATORIO
2.2.1 Molienda y tamizado
En primer lugar, como las muestras estaban consolidadas tras el tamizado en húmedo
(Figura 2), se llevó a cabo un machaqueo. Seguidamente, se
separaron unos 5 gramos representativos de cada muestra
para su estudio granulométrico. Posteriormente, se separaron
unos 10 grs, que fueron molidos y tamizados en seco por un
tamiz de luz de malla de 53µ. De los 10 gramos molidos y
tamizados, se separaron 5 gr para realizar análisis de
elementos mayores por FRX y el resto se utilizó para el
estudio de DRX de la muestra total.
Para la separación de fracciones se utilizaron el orden de
500-600 grs de muestra, sin triturar ni moler.
Figura 2. Fragmentos de una de las muestras.
2.2.2 Separación de fracciones
Se separaron por centrifugación y/o decantación las siguientes fracciones de cada
muestra a partir de la muestra triturada: >250µ, 250-63µ, 63-20µ, 20-2µ, 2-1µ y <1µ.
Las muestras suministradas por la empresa ya estaban lavadas en húmedo por un
tamiz de 100µ, pero los análisis granulométricos mostraban en todas las muestras una
población de tamaños superiores a 200µ. Se decidió entonces utilizar un tamiz de 250µ,
y de este modo se comprobó que no había partículas de esos tamaños, y que
posiblemente el análisis granulométrico había medido agregados de arcillas. Al
7
comprobar que no había partículas superiores a 250µ y que las muestras suministradas
eran de granulometría inferior a 100µ, la fracción más gruesa estudiada ha sido la
fracción 100-63µ.
Con objetivo de separar las fracciones granulométricas arena y limo se utilizaron los
tamices de 63 y 20µ respectivamente, y para separar la fracción de tamaño arcilla, se
centrifugaron las muestras para extraer la fracción < 2µ. Adicionalmente, se separaron
por centrifugación las fracciones entre 2 y 1µ, y la inferior a 1µ para determinar
mineralogía de arcillas en estas fracciones finas.
Previamente al tamizado y al proceso de centrifugación, se prepararon suspensiones
de arcilla y agua destilada para que fueran disgregadas usando agitadores (marca
Heidolph).
Las fracciones 100-63µ y 63-20µ se separaron por tamizado en húmedo. A partir de la
<20µ, por centrifugación se extrajeron las fracciones 20-2µ, 2-1µ y <1µ, usando una
centrifugadora marca Hettich (Zentrifugen) Universal 320. Las condiciones de trabajo
de la centrifugadora fueron de 580 r.p.m durante 3,36 minutos para extraer la fracción
20-2µ. Para las fracciones 2-1µ y < 1µ la centrifugadora trabajó a 1180 r.p.m durante
3,33 minutos.
2.2.3 Preparación de muestras para difracción de Rayos-X
A partir de la muestra total y de las fracciones entre 100-63µ se elaboraron
preparaciones desorientadas (Figura 3), una vez molidas y tamizadas con tamiz de 53µ.
Figura 3. Muestras desorientadas listas para ser analizadas en el difractómetro de polvo.
Con las fracciones inferiores a 63µ, se elaboraron agregados orientados (AO), dos por
cada muestra. El aspecto de un agregado orientado puede verse en
la Figura 4. Para esto, se prepararon suspensiones homogéneas de
cada fracción con agua destilada y se depositaron con ayuda de un
pincel en un porta de vidrio, de tal manera que las arcillas de
morfología laminar se orientaron con el plano (001) paralelo al
vidrio, consiguiendo así aumentar las reflexiones basales y
minimizar las reflexiones que no sean basales. Posteriormente se
dejaron secar al aire a temperatura ambiente.
Figura 4. Agregado orientado.
8
2.3 ESTUDIO MINERALÓGICO POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X
2.3.1 Estudio cualitativo por DRX
Se utilizó un difractómetro de polvo Philips PW1729 equipado con rendija
automática, monocromador de grafito y radiación CuK, trabajando a 40 Kv y 30 mA.
XPowderX es el software utilizado para realizar el registro de los difractogramas
(Martin, 2016).
Se obtuvieron difractogramas de las muestras totales y de las fracciones superiores a
63µ registrados entre 3-60 º2θ, con una velocidad del goniómetro de 0,1 º2θ/s y un
tiempo de integración de 0,4 seg.
Se obtuvieron también difractogramas de agregado orientado de las fracciones
inferiores a 63µ entre 3-30 º2θ, velocidad del goniómetro 0,03 º2θ/s y tiempo de
integración 0,6 seg, Se analizaron los agregados secados al aire, y también solvatados
con etilenglicol durante 48h, a 60ºC (Brunton, 1955). Los agregados orientados se
solvatan con etilenglicol para comprobar si se produce un desplazamiento en las
reflexiones, y determinar por lo tanto si existen o no arcillas hinchables.
A partir de estos difractogramas se identificaron los minerales presentes en cada
muestra.
2.3.2 Estudio semicuantitativo
Para la realización de los análisis semicuantitativos de las muestras totales y
fracciones superiores a 63µ, se utilizaron las reflexiones y poderes reflectantes de la
Tabla 2. Como la reflexión a 3.34Å del cuarzo coincide con la reflexión a 3.33Å de las
illitas, a la intensidad de la reflexión a 3.34Å del cuarzo, se le resta la correspondiente a
la 9.99Å de las illitas.
Una vez obtenidos los valores derivados de la división entre las intensidades de las
reflexiones características y sus correspondientes poderes reflectantes, estos datos de
recalcularon a 100%.
Los análisis semicuantitativos de las fracciones inferiores a 63µ se llevaron a cabo a
partir de los difractogramas solvatados con etilenglicol. Las reflexiones utilizadas en
este caso y los poderes reflectantes utilizados se muestran en la Tabla 2. La metodología
para la semicuantificación es la misma que en el caso anterior.
Tabla 2.
Poderes reflectantes (PR) según Barahona (1974), a excepción de la siderita, recalculado a partir
de Schultz (1964). El poder reflectante del cuarzo en 4.24Å viene definido por Nieto (1983).
Entre paréntesis, las reflexiones de cada mineral, medidas en Å (Amstrong). MT=Muestra total,
AO= Agregado orientado.
9
MINERALES EN MT PR MINERALES EN AO PR
Cuarzo (3.34Å) 1.5 Cuarzo (4.24Å) 1
Minerales de la Arcilla (4.46Å) 0.1 Feldespato potásico (3.25Å) 1
Feldespato potásico (3.25Å) 1 Illita-Micas (10Å) 1
Plagioclasa (3.20Å) 1 Caolinita (7.1Å) 2.1
Siderita (2.79Å) 0.5
2.4 ANÁLISIS QUÍMICOS POR FRX
Los análisis químicos por FRX se realizaron en los laboratorios Actlabs (Ontario,
Canadá). Según la rutina seguida en este laboratorio, la perdida por ignición (LOI) que
incluye el H2O, CO2, S y otros volátiles fue calculada determinando la pérdida de peso
de las muestras tras someterlas a 1000ºC durante 2 horas. Se prepararon mezclas a partir
de 0,75grs de muestras calcinadas y 9,75grs de metaborato de litio, tetraborato de litio y
bromuro de Li. Las muestras fueron fundidas en crisoles de Pt y posteriormente
analizadas en un equipo marca Panalytical Axios de longitud de ondas dispersivas.
Se ha determinado el contenido de los siguientes elementos para cada una de las
muestras objeto de estudio: SiO2, Al2O3, Fe2O3(T), MgO, K2O, CaO y Na2O, en los
cuales su límite de detección es de 0,01%.
2.5 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICOS
Los análisis granulométricos de las muestras se realizaron en el Instituto Pirenaico de
Ecología (CSIC). Se utilizó un analizador de partículas Mastersizer 2000 de Malvern
Panalytical. Una parte representativa de la muestra se dispersó en agua destilada antes
de hacer las medidas.
3. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
3.1 ANÁLISIS MINERALÓGICO POR DRX
Los resultados del análisis semicuantitativo de las muestras pueden consultarse en el
apartado de Anexos, en el Anexo 1.
Se han agrupado los minerales presentes en tres grupos en función de su
comportamiento:
10
• Al estar los feldespatos en proporciones muy minoritarias y no aportar
plasticidad a la arcilla (al igual que el cuarzo), se han tratado de modo conjunto
cuarzo + feldespato potásico + plagioclasas.
• Las arcillas, que aportan plasticidad a las muestras, se incluyen en otro grupo.
• La siderita, que aparece en tres muestras de las seis, al calcinarse libera CO2 y
aporta porosidad la cerámica, por eso se incluye en otro grupo.
3.1.1 Muestra total
Como puede apreciarse en la Figura 5, la mayoría de las muestras totales contienen
mayor porcentaje de minerales de la arcilla que de cuarzo + feldespatos, salvo la
muestra EDOFI, que tiene un 51% de cuarzo + feldespatos, un contenido ligeramente
superior al contenido de minerales de la arcilla (47%).
Figura 5. Mineralogía determinada por DRX en muestra total de las 6 muestras analizadas.
Todas las muestras tienen cuarzo + feldespatos y minerales de la arcilla. La M-12, JR-
644 y JR-678 además tienen siderita. Las muestras JR-644 y JR-678 son las que
contienen mayores porcentajes de minerales de la arcilla (65%).
47%
48%
3% 2%
MUESTRA 57
Q MA FTO K PLG
43%
55%
2%
MUESTRA 575
Q MA PLG
51%47%
2%
MUESTRA EDOFI
Q MA FTO K
28%
65%
7%
MUESTRA JR-644
Q MA SID
30%
65%
5%
MUESTRA JR-678
Q MA SID
40%
52%
2%2% 4%
MUESTRA M-12
Q MA FTO K PLG SID
11
3.1.2 Fracción 100-63µ
Como se muestra en el apartado 3.2 (análisis granulométrico) las muestras JR-644 y
JR-678 presentan contenidos muy bajos en esta fracción, si bien al trabajar con una
cantidad de muestra significativa se pudieron realizar difractogramas de estas
fracciones.
En esta fracción los únicos minerales que aparecen son cuarzo y siderita (Figura 6). 57
575 y EDOFI exclusivamente tienen cuarzo. JR-644, JR-678 y M-12 contienen, además
siderita. En JR-644 y JR-678 el porcentaje de siderita supera al de cuarzo. En la M-12 la
siderita es minoritaria frente al cuarzo.
Figura 6. Mineralogía determinada por DRX en las fracciones 100-63µ de las 6 muestras
analizadas.
3.1.3 Fracción 63-20µ
En ninguna de las muestras de las fracciones 63-20µ se detecta siderita. Cuarzo, illita y
caolinita están presentes en todas las muestras, excepto en 575. (Figura 7). En JR-644 y
JR-678 el porcentaje de illita es muy superior al de los demás minerales. En todas las
muestras el porcentaje de cuarzo en esta fracción es menor que en la fracción 100-63µ.
100%
MUESTRA 57
Q
100%
MUESTRA 575
Q
100%
MUESTRA EDOFI
Q
32%
68%
MUESTRA JR-644
Q SID
41%
59%
MUESTRA JR-678
Q SID
82%
18%
MUESTRA M-12
Q SID
12
Figura 7. Mineralogía determinada por DRX en las fracciones 63-20µ de las 6 muestras
analizadas.
3.1.4 Fracción 20-2µ
Todas las muestras están formadas por illita, caolinita y cuarzo (Figura 8). En todas
las muestras, la fracción entre 20-2µ contiene menor cuarzo que en la fracción 63-20µ.
Además, no se detecta feldespato potásico en ninguna de ellas.
45%
13%22%
20%
MUESTRA 57
Q FTO K ILL KAOL
94%
6%
MUESTRA 575
Q KAOL
31%
13%19%
37%
MUESTRA EDOFI
Q FTO K ILL KAOL
29%
46%
25%
MUESTRA JR-644
Q ILL KAOL
27%
46%
27%
MUESTRA JR-678
Q ILL KAOL
33%
28%
39%
MUESTRA M-12
Q ILL KAOL
35%
35%
30%
MUESTRA 57
Q ILL KAOL
49%
20%
31%
MUESTRA 575
Q ILL KAOL
16%
30%54%
MUESTRA EDOFI
Q ILL KAOL
13
Figura 8. Mineralogía determinada por DRX en las fracciones 20-2µ de las 6 muestras
analizadas.
En las muestras JR-644 y JR-678 predomina la illita frente a la caolinita; en la
muestra 57 los contenidos de estos dos minerales son similares y en las muestras 575,
EDOFI y M-12 la caolinita supera a la illita.
3.1.5 Fracción 2-1µ
En la fracción 2-1µ de las muestras 57 y 575 aumenta el porcentaje de caolinita y de
illita respecto a la fracción 20-2µ, siendo considerablemente más alto en la 575 (Figura
9). En EDOFI, JR-644 y JR-678 aumenta el porcentaje de caolinita en la fracción 2-1µ,
pero disminuye el de illita.
El contenido en cuarzo en la fracción 2-1µ de todas las muestras es inferior al de la
fracción 20-2µ, salvo en EDOFI, que tiene un contenido idéntico (16%) en ambas
fracciones.
14%
60%
26%
MUESTRA JR-644
Q ILL KAOL
20%
52%
28%
MUESTRA JR-678
Q ILL KAOL
15%
34%51%
MUESTRA M-12
Q ILL KAOL
13%
42%
45%
MUESTRA 57
Q ILL KAOL
19%
27%54%
MUESTRA 575
Q ILL KAOL
16%
28%56%
MUESTRA EDOFI
Q ILL KAOL
14
Figura 9. Mineralogía determinada por DRX en las fracciones 2-1µ de las 6 muestras
analizadas.
3.1.6 Fracción <1µ
Comparando esta fracción con la fracción 2-1µ, el porcentaje en caolinita aumenta en
todas las muestras, y el de illita disminuye en todas las muestras, salvo en 575 y EDOFI,
donde se mantiene constante. JR-688 y JR-644 son las que tienen contenidos en illita
superiores, del orden del 40% (Figura 10).
No se detecta cuarzo en ninguna de las muestras. Todas están formas por caolinita e
illita y, en todas ellas, el contenido en caolinita es superior al de illita.
Figura 10. Mineralogía determinada por DRX en las fracciones <1µ de las 6 muestras
analizadas.
11%
50%
39%
MUESTRA JR-644
Q ILL KAOL
15%
50%
35%
MUESTRA JR-678
Q ILL KAOL
12%
33%55%
MUESTRA M-12
Q ILL KAOL
33%
67%
MUESTRA 57
ILL KAOL
28%
72%
MUESTRA 575
ILL KAOL
28%
72%
MUESTRA EDOFI
ILL KAOL
41%
59%
MUESTRA JR-644
ILL KAOL
42%
58%
MUESTRA JR-678
ILL KAOL
30%
70%
MUESTRA M-12
ILL KAOL
15
3.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICOS
La Figura 11 muestra la distribución granulométrica de las 6 muestras analizadas. La
Tabla 3 muestra el porcentaje de cada fracción que existe en cada una de las muestras
estudiadas.
Figura 11. Distribución granulométrica de las muestras estudiadas.
En todas las muestras la fracción que más cantidad de material contiene es la fracción
20-2µ, por lo tanto, las muestras son fundamentalmente limos. Las muestras JR-644 y
JR-678 tienen proporciones muy bajas de la fracción entre 100-63 µ, y, son las muestras
que alcanzan un mayor porcentaje en la fracción 20-2µ. Las muestras 575 y EDOFI son
las que tienen mayor contenido de partículas en la fracción inferior a 2µ.
Tabla 3. Porcentaje en peso de cada una de las fracciones analizadas en las muestras objeto de
estudio.
FRACCIONES (%)
MUESTRA 100-63µ 63-20µ 20-2µ 2-1µ <1µ
57 6,18 17,71 63,83 7,68 4,6
575 8,4 12,84 57,88 12,15 8,73
EDOFI 3,12 15,62 65,29 10,68 5,29
JR-644 0 6,93 82,53 6,55 3,99
JR-678 0,0028 7,99 79,99 7,43 4,59
M-12 1,43 17,19 71,86 5,89 3,63
16
Como se ha dicho anteriormente, el mayor porcentaje en peso de todas muestras se
encuentra en la fracción 20-2µ (fracción limo). Por debajo de 2µ se define la fracción
arcilla, y por encima de 20µ la fracción arena. Para visualizar esta composición se
dispone la Figura 12.
Figura 12. Diagrama triangular de la distribución granulométrica de las seis muestras
estudiadas.
Las muestras 57, 575 y EDOFI son muestras con menor fracción limo que JR-644 y
JR-678. Por contra, poseen más fracción arena y fracción arcilla. JR-644 y JR-678 son
muestras muy similares, y M-12 está en un término medio entre un grupo y otro.
3.3 ANÁLISIS QUÍMICOS
Los resultados obtenidos respecto a los análisis químicos por FRX se muestran en la
Tabla 4. En los anexos puede consultarse la tabla completa (Anexo 2).
Tabla 4.
Porcentaje en peso (%) de los elementos químicos más significativos en las seis muestras
analizadas.
17
SiO2 Al2O3 Fe2O3(T) MgO K2O CaO Na2O
Límite de
detección 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
57 65,77 20,15 2,39 0,33 2,16 0,19 0,1
575 64,63 20,43 2,08 0,26 1,31 0,2 0,07
EDOFI 65,16 20,51 2,24 0,31 1,70 0,29 0,08
JR-644 57,01 25,26 2,60 0,62 3,82 0,24 0,2
JR-678 56,48 26,02 2,51 0,63 3,64 0,28 0,2
M-12 62,12 22,07 2,63 0,39 2,60 0,29 0,12
En relación con los análisis químicos (Tabla 4), cabe destacar el alto contenido en
Al2O3 que presentan las muestras JR-644 y JR-678 en comparación con las demás. El
aluminio es un elemento que se encuentra en el feldespato potásico, plagioclasas, illita y
caolinita, fundamentalmente en estas dos últimas. El contenido en cuarzo y de SiO2 de
estas dos muestras es inferior al de las demás, y por lo tanto contienen más cantidad de
minerales de la arcilla. Es por esto que el contenido en Al es superior en estas dos
muestras.
Las tres muestras que contienen siderita (JR-644, JR-678 y M-12) tienen un
porcentaje de Fe2O3 del orden de 2,55%, superior al resto.
La cantidad de MgO es mayor en JR-644 y JR-678 que, en el resto, ya que el Mg solo
se encuentra en la illita, y el contenido de este mineral es muy superior en estas dos
muestras que en las demás. Ocurre algo similar con el K2O. El K se encuentra tanto en
el feldespato potásico como en la illita, pero el contenido de feldespato potásico es
insignificante en comparación con el de illita para todas las muestras, es por esto que en
JR-644 y JR-678 el contenido en K2O es muy superior que en el resto.
3.4 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
Las muestras, como se indica anteriormente en el apartado 1.1 (introducción), se han
agrupado en función de su viscosidad; las muestras 57, 575 y EDOFI en el grupo 1
(buena viscosidad) y las muestras JR-644, JR-678 y M-12 en el grupo 2 (baja
viscosidad).
En relación con el grupo 2, las únicas muestras similares en muestra total son JR-644
y JR-678, que presentan cuarzo (30%), minerales de la arcilla (65%) y siderita (5%). M-
12 contiene también más minerales de la arcilla que cuarzo (52% frente a 40%), además
de presentar siderita (4%), feldespato potásico y plagioclasa (ambos 2%).
Respecto al grupo 1, la muestra 57 contiene cantidades similares de minerales de la
arcilla y cuarzo (48% y 47%, respectivamente), y de feldespato potásico y plagioclasa
(3% y 2%, respectivamente). La muestra 575 contiene un 55% de minerales de la
arcilla, un 43% de cuarzo y un 2% de plagioclasa. Esta muestra contiene además un
18
47% de minerales de la arcilla, menor porcentaje que cuarzo (51%), y además un 2% de
feldespato potásico.
Las muestras del grupo 1 se caracterizan por contener exclusivamente cuarzo en la
fracción 100-63µ. En cambio, las del grupo 2, además de cantidad variables de cuarzo
en la fracción 100-63µ (del orden de 35% en JR-644 y JR-678 y 82% en M-12)
contienen siderita (del orden de 65% en JR-644 y JR-678 y 18% en M-12).
Las fracciones 63-20µ de las muestras del grupo 2 contienen cuarzo, caolinita e illita,
teniendo JR-644 y JR-678 un elevado contenido en illita (46%), superior al de cuarzo y
caolinita (27% ambos), mientras que en M-12 el contenido de illita (28%) no supera al
de caolinita (39%). Respecto a las muestras del grupo 1, 57 y EDOFI contienen, además
de cuarzo, illita y caolinita, feldespato potásico (13%), y la muestra 575 que tiene un
94% de cuarzo y un 6% de caolinita, carece de illita y de feldespato potásico, por lo que
no presentan similitud mineralógica en esta fracción granulométrica.
En la fracción 20-2µ, predomina la caolinita sobre la illita en las muestras 575 (31%
sobre 20%) y EDOFI (54% sobre 30%), mientras que en la 57, la caolinita es
ligeramente inferior a la illita (30% y 35%, respectivamente). Lo contrario ocurre en JR-
644 y JR-678, del grupo 2, donde en ambas predomina la illita sobre la caolinita (orden
de 55% sobre 28%). Sin embargo, M-12 tiene un contenido en caolinita (51%) superior
al de illita (34%).
En las fracciones entre 2 y 1µ, en las muestras del grupo 1 el contenido en caolinita (~
50%) supera al de illita (~40% para 57 y 30% para las otras dos). En las muestras del
grupo 2, en JR-644 y JR-678 el contenido en illita sigue siendo superior al contenido en
caolinita (50% frente a un 35%) mientras que en la M-12 el contenido en caolinita es
superior al de la illita (55% vs. 33%). Las muestras del grupo 1, junto con M-12, son
muestras más caoliníticas, JR-644 y JR-678 son muestras más illíticas.
Cuando el tamaño de partícula es inferior a 1µ, el contenido en caolinita para las seis
muestras es superior al de illita. Respecto al grupo 1, 575 y EDOFI tienen un 72% de
caolinita frente a un 28% de illita, y 57 contiene un 67% de caolinita y un 33% de illita.
En cuanto al grupo 2, JR-644 y JR-678 contienen en torno a un 60% de caolinita y un
40% de illita, y M-12 un 70% de caolinita y un 30% de illita.
En resumen, en relación con la mineralogía de las diversas fracciones, las muestras del
grupo 1 carecen de siderita y la fracción 100-63µ está formada exclusivamente por
cuarzo, y en las fracciones más finas (< 2µ) el contenido de caolinita es siempre
superior al de illita.
Si se comparan las fracciones inferiores a 63µ de las tres muestras del grupo 2, se
observa que JR-644 y JR-678 son similares, siempre el contenido de la illita superar al
de la caolinita. En cambio, en la M-12 no se observa esto. La única característica común
que presentan estas tres muestras en cuanto a la mineralogía de las fracciones es que las
tres poseen siderita.
Respecto a los análisis granulométricos, la moda en las muestras del grupo 1 es
menor (o similar) que en las muestras del grupo 2. 575 y EDOFI, del grupo 1, tienen la
moda en 4,37µ y 5,74µ respectivamente, y la 57, tiene la moda en 8,71µ. Las modas de
19
la JR-644 y JR-678 son 8,71µ y 7,59µ, respectivamente. M-12 tiene un valor modal más
alto que el resto, en 13,18µ.
En las muestras del grupo 1, el contenido en la fracción 100-63µ es superior al de las
muestras del grupo 2 (de 3,12% a 8,4% en el grupo 1, e inferior al 1,43% en el grupo 2).
Si observamos las distribuciones granulométricas de cada muestra (Tabla 3), la fracción
más abundante en las seis muestras es la fracción 20-2µ, que va desde un 58% hasta
65% para el grupo 1, y desde 71% a 82% para el grupo 2.
El contenido de la fracción 2-1µ es del orden del 10% para las muestras del grupo 1, y
del orden del 6% para las del 2. Respecto a la fracción más fina (< 1µ), las muestras del
grupo 1 contienen entre 6 y 7% y del orden de 4% para las del grupo 2.
La fracción 63-20µ se ha de tener como excepción, ya que el contenido en esta
fracción en 57, 575 y EDOFI (~15%) es superior a los contenidos de las muestras de
JR-644 y JR-678 (7%). Sin embargo, el contenido en la fracción 63-20µ en la muestra
M-12 es de 17,19%.
Respecto a los análisis químicos, el contenido en SiO2 en las muestras del grupo 1
(57, 575 y EDOFI) es superior (del orden de 65%) al de JR-644 y JR-678 que es de
57%, y también al de M-12 (62,12%). Todo lo contrario, ocurre con el resto de
elementos químicos analizados, ya que el contenido de todos estos en las muestras del
grupo 2 (JR-644, JR-678 y M-12) es superior al de las del grupo 1.
A continuación, se muestran los valores de los elementos químicos en las muestras del
grupo 2 frente a los contenidos en las del grupo 1: Al2O3, 24% frente a 20%; Fe2O3,
2,55% frente a 2,2%; MgO, 0,50% frente a 0,3%; K2O, 3,2% frente a 1,8%; Na2O, 0,2%
frente a 0,1%. El CaO está en muy bajas y constantes proporciones en las seis muestras
(0,2-0,3%). Por tanto, las muestras de grupo 1 tienen mayor contenido en SiO2 y menor
contenido en Al2O3 que las del grupo 2.
Características comunes entre las muestras del grupo 1:
El contenido en cuarzo en muestra total de estas tres muestras es superior al contenido
en cuarzo en muestra total de las muestras del grupo 2. Las muestras 57, 575 y EDOFI
contienen en la fracción 100-63µ un 100% de cuarzo. Ninguna tiene siderita. Para las
fracciones < 2µ el contenido en caolinita siempre es superior al de illita en las tres
muestras. La fracción más abundante es la 20-2µ. En los análisis granulométricos, se
observa que la moda de estas muestras es inferior a 10µ. El contenido de partículas de
estas muestras es superior al del grupo 2 en las fracciones 100-63µ, 63-20µ
(exceptuando M-12), 2-1µ y < 1µ. Poseen alto contenido en SiO2, y bajos contenidos en
los demás elementos químicos analizados, salvo en el CaO, donde los valores son
constantes.
Características comunes entre las muestras del grupo 2:
Las muestras JR-644 y JR-678 contienen en muestra total minerales de la arcilla (65%
ambas), cuarzo y siderita. En la fracción 100-63µ ambas contienen cuarzo (32% y 41%
respectivamente), y un elevado porcentaje de siderita. En todas las fracciones < 63µ el
contenido en illita es superior al de caolinita, excepto por debajo de 1µ, que predomina
20
la caolinita. La fracción más abundante es la 20-2µ, y la menos abundante es la más
grosera. Los porcentajes granulométricos en todas las fracciones para ambas muestras
son muy similares. El contenido en SiO2 es inferior a las muestras del grupo 1 y a M-12
del grupo 2. El resto de elementos químicos presentan contenidos superiores al resto de
las muestras (exceptuando el Fe2O3 en M-12 y el CaO). La composición química de las
dos muestras es similar.
En muestra total, M-12 contiene cuarzo, minerales de la arcilla (52%), feldespato
potásico, plagioclasa y siderita. En la fracción 100-63µ contiene cuarzo y siderita (un
18% de siderita, menos que las dos muestras de su grupo). En las fracciones < 63µ el
contenido en caolinita es superior al de illita. Se asemeja bastante a EDOFI por debajo
de 20µ en cuanto a porcentaje de minerales en todas fracciones. Es la muestra que más
alta tiene la moda, en 13,18µ. Como ocurre con las muestras de su grupo, el contenido
de material en la fracción 20-2µ es superior al del grupo 1, y en las fracciones 100-63µ
y < 2µ inferior. Se diferencia del resto de su grupo en la fracción 63-20µ, donde el
contenido de material es más parecido al del grupo 1 (17,19%). Respecto a los análisis
químicos, es la muestra que más porcentaje en Fe2O3 tiene (2,63%). En el resto de los
elementos químicos analizados, parece que el porcentaje es intermedio entre el grupo 1
y el 2, exceptuando el porcentaje de CaO (0,29%), que es superior al resto de las
muestras (igual en EDOFI).
Si se pretende que las muestras del grupo 2 sean similares a las del grupo 1, para que
mejoren su comportamiento cerámico, se proponen las siguientes correcciones:
Para la fracción 100-63µ, eliminar la siderita, e incrementar el contenido de cuarzo en
esta fracción en torno a un 5-6% para que el porcentaje en peso de las muestras de
ambos grupos sean similares.
En la fracción 20-2µ el contenido de material en las muestras del grupo 2 supera al del
grupo 1 en un 20% aproximadamente. Como no es posible disminuir el contenido en el
grupo 2 para asemejarlo al grupo 1, se debería aumentar en un 20% el contenido de
material en las muestras del grupo 1. De este modo, las demás fracciones del grupo 1
disminuirían su contenido hasta ser semejantes ambos grupos de muestras.
En la fracción 2-1µ, en JR-644 y JR-678 el contenido de illita debería ser inferior al de
caolinita, como ocurre en las otras cuatro, por lo que habría que incrementar el
contenido en caolinita en la fracción 2-1µ.
Respecto a los análisis químicos, JR-644 y JR-678 deberían de aumentar el contenido
de SiO2, añadiendo cuarzo en la fracción 100-63µ, en un 7-8% para asemejarse a las
demás, y de este modo disminuiría el contenido en Al2O3. De este modo, al incrementar
el contenido en sílice disminuirá el contenido en los otros elementos, asemejándose al
grupo 1. Ya se ha comentado que M-12 tiene un contenido intermedio entre ambos
grupos en elementos químicos, (excepto para el Fe2O3 y el CaO, donde es superior) por
lo tanto, se debería de aumentar un 3% el contenido en SiO2 en muestra total.
21
4. CONCLUSIONS
The viscosity of the ceramic slips used for the manufacture of sanitary ware is
controlled by:
- The content of quartz/SiO2 and Al2O3/clay mineral.
- The presence/absence of siderite in the coarse fraction such as 100-63µ fraction.
If the ceramic slips have too low viscosity/fluency of the ceramic slips this can be
corrected as follows:
- Eliminate the siderite content in the 100-63µ fraction by sieving.
- Increase the quartz and SiO2 content in the mentioned fraction.
5. BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
Anexo 1.
Resultados (en porcentaje) de los análisis semicuantitativos de las muestras estudiadas.
Muestra desorientada Etilenglicol
Muestra total 250-63micras 63-20micras 20-2micras 2-1micra <1micra
MUESTRA
S Q
M
A
FTO
K
PL
G
SI
D Q SID Q FTO K ILL KAOL Q ILL KAOL Q ILL KAOL ILL KAOL
57 4
7 48 <5 <5 100 45 13 22 20 35 35 30 13 42 45 33 67
575 4
3 55 <5 100 94 6 49 20 31 19 27 54 28 72
EDOFI 5
1 47 <5 100 31 13 19 37 16 30 54 16 28 56 28 72
JR-644 2
8 65 7 32 68 29 46 25 14 60 26 11 50 39 41 59
JR-678 3
0 65 5 41 59 27 46 27 20 52 28 15 50 35 42 58
M-12 4
0 52 <5 <5 <5 82 18 33 28 39 15 34 51 12 33 55 30 70
Anexo 2.
Resultados obtenidos en fluorescencia de rayos X (FRX) de todos los elementos químicos analizados.
Analyte
Symbol
Co3O4 CuO NiO SiO2 Al2O3 Fe2O3(T) MnO MgO CaO Na2O K2O TiO2 P2O5 Cr2O3 V2O5 LOI Total
Unit
Symbol
% % % % % % % % % % % % % % % % %
Detection
Limit
0,005 0,005 0,003 0,01 0,01 0,01 0,001 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,003
0,01
Analysis
Method
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-XRF FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
FUS-
XRF
GRAV FUS-
XRF
57 < 0.005 < 0.005 0,006 65,77 20,15 2,39 0,014 0,33 0,19 0,1 2,16 1,05 0,05 0,03 0,019 7,39 99,64
M-12 < 0.005 < 0.005 0,009 62,12 22,07 2,63 0,016 0,39 0,29 0,12 2,6 1,01 0,07 0,03 0,02 7,61 98,99
JR-644 < 0.005 0,005 0,011 57,01 25,26 2,6 0,006 0,62 0,24 0,2 3,82 0,93 0,06 0,02 0,024 8,7 99,51
J-678 < 0.005 0,005 0,011 56,48 26,02 2,51 0,007 0,63 0,28 0,2 3,64 0,94 0,06 0,04 0,024 8,77 99,62
575-576 < 0.005 < 0.005 0,003 64,63 20,43 2,08 0,011 0,26 0,2 0,07 1,31 1,12 0,04 0,02 0,017 8,38 98,57
EDOFI < 0.005 < 0.005 < 0.003 65,16 20,51 2,24 0,005 0,31 0,29 0,08 1,7 1,12 0,04 0,02 0,021 7,93 99,42